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摘 要:为解决西安煤业公司残煤综采工作面顶板破碎难控制的问题,对影响采煤工作面冒顶事故的各种因素,进行了较细致的理论分析和实践工作,在此基础上采取相应的控制技术,加强了顶板控制,降低了冒顶事故,最终实现了煤矿的安全高效开采,并为类似条件下的顶板控制与管理积累了宝贵的经验。
关键词:破碎顶板 端面距 推进速度 初撑力
1概述
西安矿是于1955年建成投产的老矿井,经50多年的开采后已全面进入残煤复采阶段。主采煤层为下煤,煤层顶板为白色粉砂岩和砂质页岩互层,煤层底板为凝灰岩或安山质砂岩。残煤复采工作面煤帮及顶板受多次采动影响破碎易冒顶,因此综采工作面顶板控制的关键是端面顶板的维护与控制,因为端面顶板基本属无支护区,是工作面顶板控制的最薄弱环节,找出控制方法对安全生产有重大意义。
2 残煤冒顶的因素分析
2.1 地质采矿因素
煤与围岩的强度、节理、裂隙、断层、褶曲等地质构造是影响顶板稳定的内因;由于是残煤开采其煤层与围岩原有的力学结构已遭到破坏,顶板的强度已经很低且易碎,再受断层、褶曲等地质构造的影响极易造成顶板破碎、易冒,构造带与工作面夹角越小,揭露破碎带越宽,对工作面产生冒顶的影响也越大,断层落差越大;附近涨性构造裂隙越发达,岩性越松软,冒顶可能性也越大。旧巷、采迹破坏煤层原始应力分布状态,煤层破碎也极易造成工作面冒顶[1,2]。
2.2 端面距因素
若冒落程度用冒落范围占工作面总长的百分比表示,端面距越大,冒落程度随之增加。但有的工作面梁端距近为零,仍发生不少冒顶,这说明端面距不是影响顶板冒落的唯一因素。
2.3 工作面推进速度因素
顶板冒落程度与工作面推进速度有直接关系,工作面推进速度增加,工作面支护速度也加快,减少了煤与围岩的变形,减少了工作面冒顶。综采工作面平均日推进小于1.0m,端面顶板极难控制,冒顶事故经常发生,平均日推进达到2.0m以上时,工作面冒顶事故基本杜绝。工作面推进速度越快冒落程度越小。
2.4 支架初撑力因素
平均支护强度与冒落程度大致呈双曲线关系,明显变化区间在250~300kN/m2之间,低于此阻力端面冒落急剧增加,高于此阻力,对端面冒顶的影响不大,如把支架平均支护强度控制在250~300kN/m2,就会减少端面冒顶。
要保证支架的支护强度首先要确定支架初撑力,但实测表明,支架初撑力合格率平均只有70%左右,其主要原因:(1)支架供液时间短,多支架同时供液;(2)泵站压力不足,阀及管路泄漏;(3)支架立柱、前梁千斤顶窜液;(4)支架上有浮煤、浮矸;(5)工作面底板松软;(6)泵站流量小,主管路内径细,供液不足。
2.5 支护状态因素
良好的支护状态,会提高支架对顶板的控制能力,减少冒顶事故发生。由于采煤工艺不当,伪倾角掌握不好,造成运输机上窜下滑,支架不再垂直工作面,支架间呈台阶错茬,影响了支架支护状态;有时支架各立柱升柱不平衡,造成顶梁歪斜,不能平行支护顶板,形成顶梁与顶板线接触;有时出现歪架、咬架,调架不及时等,都会降低支架支护质量,导致顶板事故发生。
3 残煤开采的顶板管理
3.1 选择支架
煤层顶板不稳定,工作面要选择前梁具有伸缩性能的支架,采煤机通过后立即前移支架,支护刚暴露顶板时,伸出伸缩梁,最大限度缩小端面距。若煤壁折帮,可在采煤机割煤前拉架,将支架前梁移至煤帮,即超前支护,在破碎顶板管理中也极为有效。
3.2 铺设金属网假顶
破碎顶板在进人顶梁上方时已很破碎,且在顶梁上方形成厚度不等的浮矸层,移架时,浮矸从架间及端面漏下,也可造成端面冒顶扩大;铺设顶网能使破碎顶板形成一个整体,形成假顶达到改善顶板之功效。顶网一般铺双层,有利于顶板管理,其优点:(1)防止架间、端面漏矸,改善顶梁与顶板的接触状态;(2)提高平均支护强度及围岩刚度;(3)防止煤壁片帮,减少片帮深度。
3.3 带压擦顶移架
当采用正常操作程序降架移架,很难保持破碎顶板的完整性时,应采取带压擦顶移架。移架时,先启动推拉千斤顶,再逐渐卸载,使梁与顶板保持一定的支撑阻力,带压前移。这样顶板不会出现明显松动,可有效控制顶板。
3.4 安设初撑力保证阀
人工操作移架时,为提高移架速度,常因供液时间短,支架初撑力达不到额定初撑力。安设初撑力保证阀后,即使松开操作手把,支架仍可继续增压,直到达到额定初撑力后,才停止供液。
4 结束语
采取了各项控制措施后,西安煤业公司残煤资源得以充分利用,工作面的日开帮推进度达到1.5m以上,顶板管理状况得到了改善,冒顶事故得到了有效的遏制,在残煤综采工作面顶板破碎的条件下,解决了顶板管理的难题,实现了煤矿安全高效生产。
参考文献:
[1]樊运策.综合机械化 放顶煤开采技术[M].北京:煤炭工业出版社,2003
[2]陈炎光、钱鸣高.《中国煤矿采场围岩控制》[M].徐州:中国矿业大学出版社,1994
作者简介:曲延文(1963.-),男(汉),吉林梨树人,辽源矿业集团有限公司安全监察管理部,部长,高级工程师。
关键词:破碎顶板 端面距 推进速度 初撑力
1概述
西安矿是于1955年建成投产的老矿井,经50多年的开采后已全面进入残煤复采阶段。主采煤层为下煤,煤层顶板为白色粉砂岩和砂质页岩互层,煤层底板为凝灰岩或安山质砂岩。残煤复采工作面煤帮及顶板受多次采动影响破碎易冒顶,因此综采工作面顶板控制的关键是端面顶板的维护与控制,因为端面顶板基本属无支护区,是工作面顶板控制的最薄弱环节,找出控制方法对安全生产有重大意义。
2 残煤冒顶的因素分析
2.1 地质采矿因素
煤与围岩的强度、节理、裂隙、断层、褶曲等地质构造是影响顶板稳定的内因;由于是残煤开采其煤层与围岩原有的力学结构已遭到破坏,顶板的强度已经很低且易碎,再受断层、褶曲等地质构造的影响极易造成顶板破碎、易冒,构造带与工作面夹角越小,揭露破碎带越宽,对工作面产生冒顶的影响也越大,断层落差越大;附近涨性构造裂隙越发达,岩性越松软,冒顶可能性也越大。旧巷、采迹破坏煤层原始应力分布状态,煤层破碎也极易造成工作面冒顶[1,2]。
2.2 端面距因素
若冒落程度用冒落范围占工作面总长的百分比表示,端面距越大,冒落程度随之增加。但有的工作面梁端距近为零,仍发生不少冒顶,这说明端面距不是影响顶板冒落的唯一因素。
2.3 工作面推进速度因素
顶板冒落程度与工作面推进速度有直接关系,工作面推进速度增加,工作面支护速度也加快,减少了煤与围岩的变形,减少了工作面冒顶。综采工作面平均日推进小于1.0m,端面顶板极难控制,冒顶事故经常发生,平均日推进达到2.0m以上时,工作面冒顶事故基本杜绝。工作面推进速度越快冒落程度越小。
2.4 支架初撑力因素
平均支护强度与冒落程度大致呈双曲线关系,明显变化区间在250~300kN/m2之间,低于此阻力端面冒落急剧增加,高于此阻力,对端面冒顶的影响不大,如把支架平均支护强度控制在250~300kN/m2,就会减少端面冒顶。
要保证支架的支护强度首先要确定支架初撑力,但实测表明,支架初撑力合格率平均只有70%左右,其主要原因:(1)支架供液时间短,多支架同时供液;(2)泵站压力不足,阀及管路泄漏;(3)支架立柱、前梁千斤顶窜液;(4)支架上有浮煤、浮矸;(5)工作面底板松软;(6)泵站流量小,主管路内径细,供液不足。
2.5 支护状态因素
良好的支护状态,会提高支架对顶板的控制能力,减少冒顶事故发生。由于采煤工艺不当,伪倾角掌握不好,造成运输机上窜下滑,支架不再垂直工作面,支架间呈台阶错茬,影响了支架支护状态;有时支架各立柱升柱不平衡,造成顶梁歪斜,不能平行支护顶板,形成顶梁与顶板线接触;有时出现歪架、咬架,调架不及时等,都会降低支架支护质量,导致顶板事故发生。
3 残煤开采的顶板管理
3.1 选择支架
煤层顶板不稳定,工作面要选择前梁具有伸缩性能的支架,采煤机通过后立即前移支架,支护刚暴露顶板时,伸出伸缩梁,最大限度缩小端面距。若煤壁折帮,可在采煤机割煤前拉架,将支架前梁移至煤帮,即超前支护,在破碎顶板管理中也极为有效。
3.2 铺设金属网假顶
破碎顶板在进人顶梁上方时已很破碎,且在顶梁上方形成厚度不等的浮矸层,移架时,浮矸从架间及端面漏下,也可造成端面冒顶扩大;铺设顶网能使破碎顶板形成一个整体,形成假顶达到改善顶板之功效。顶网一般铺双层,有利于顶板管理,其优点:(1)防止架间、端面漏矸,改善顶梁与顶板的接触状态;(2)提高平均支护强度及围岩刚度;(3)防止煤壁片帮,减少片帮深度。
3.3 带压擦顶移架
当采用正常操作程序降架移架,很难保持破碎顶板的完整性时,应采取带压擦顶移架。移架时,先启动推拉千斤顶,再逐渐卸载,使梁与顶板保持一定的支撑阻力,带压前移。这样顶板不会出现明显松动,可有效控制顶板。
3.4 安设初撑力保证阀
人工操作移架时,为提高移架速度,常因供液时间短,支架初撑力达不到额定初撑力。安设初撑力保证阀后,即使松开操作手把,支架仍可继续增压,直到达到额定初撑力后,才停止供液。
4 结束语
采取了各项控制措施后,西安煤业公司残煤资源得以充分利用,工作面的日开帮推进度达到1.5m以上,顶板管理状况得到了改善,冒顶事故得到了有效的遏制,在残煤综采工作面顶板破碎的条件下,解决了顶板管理的难题,实现了煤矿安全高效生产。
参考文献:
[1]樊运策.综合机械化 放顶煤开采技术[M].北京:煤炭工业出版社,2003
[2]陈炎光、钱鸣高.《中国煤矿采场围岩控制》[M].徐州:中国矿业大学出版社,1994
作者简介:曲延文(1963.-),男(汉),吉林梨树人,辽源矿业集团有限公司安全监察管理部,部长,高级工程师。